基於(yu) 數字化和技術變革的快速步伐，增材製造（AM）的工業(ye) 化進程已持續了很長一段時間。從(cong) 它進入鑄造、機械加工及其他製造流程的時間，可以認為(wei) 它已經獲得了廣泛應用、有效促進了生產(chan) 發展。增材製造在這種大環境下已存在了30年左右，但當將它與(yu) 其他更成熟的、用於(yu) 零件生產(chan) 的傳(chuan) 統製造工藝比較時，其仍處於(yu) 非常初級的階段。

盡管如此，增材製造技術仍取得了重大進展，在過去十年尤其明顯。它已被用於(yu) 許多行業(ye) 的部件生產(chan) ，包括受到高度監管的航空航天和醫療行業(ye) 。其應用的領域不僅(jin) 局限在生產(chan) 原型、備件或一次性產(chan) 品，隻要材料滿足需求，批量生產(chan) 零件已變得非常容易。

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得益於(yu) 增材製造更低的成本、更可靠的係統，再加上在供應鏈上持續存在的瓶頸，汽車行業(ye) 在金屬增材製造的零部件生產(chan) 上做了大量投資。盡管應用增材製造技術製造數百萬(wan) 個(ge) 金屬部件仍然有難度，但其應用於(yu) 批量生產(chan) 的未來似乎已經可以預見。

汽車製造商對增材製造的青睞

豪華車和高端車因為(wei) 有著更高的利潤率，願意嚐試新技術，因此增材製造也正在豪華車和高端車市場中尋找突破口。據外媒近日消息，粘合劑噴射3D打印係統供應商Desktop metal收到德國一家主要汽車製造商價(jia) 值790萬(wan) 美元的粘合劑噴射增材製造係統訂單，用於(yu) 大規模生產(chan) 金屬汽車動力總成部件。

雖然Desktop metal沒有透露該訂單的合作車企，但考慮到寶馬是Desktop metal通過BMW iVentures的首批投資者之一，大眾(zhong) 汽車正在積極與(yu) 惠普合作，而戴姆勒奔馳已經與(yu) EOS合作多年，外媒猜測這家德國汽車製造商是寶馬。

據悉，Desktop metal為(wei) 終端零件的批量生產(chan) 提供了廣泛的高通量增材製造解決(jue) 方案組合，並支持包含超過250種材料的全麵和多樣化的材料庫，可使用的材料涵蓋金屬、複合材料、聚合物、陶瓷、生物兼容材料、沙子、木材和彈性體(ti) 等，在汽車、醫療保健和牙科、消費品、航空航天等行業(ye) 擁有快速增長的客戶基礎。

除了汽車OEM廠商，零部件企業(ye) 也在發力增材製造。馬勒與(yu) SLM Solutions合作，應用SLM Solutions的係統，並授權OEM和一級供應商，以滿足他們(men) 在係列生產(chan) 中對金屬增材製造的需求。通過合作，兩(liang) 家公司正在提高汽車零部件原型和係列生產(chan) 的速度和質量。

據悉，這些部件將由鋁和不鏽鋼合金打印而成，具有顯著的彈性和耐腐蝕性能，並且優(you) 化了拓撲結構以減少整體(ti) 重量。對於(yu) 傳(chuan) 統製造方法來說過於(yu) 複雜的結構，可以很輕鬆地生產(chan) 出來，同時仍然遵循汽車行業(ye) 嚴(yan) 格的質量標準。

經典圓線繞組的橫截麵（左）和 3D 打印單個(ge) 線圈的橫截麵（右）

 據悉，馬勒在斯圖加特的戰略3D打印中心將通過革新原型生產(chan) 的步伐，在加強其作為(wei) 原始設備製造商領先的開發合作夥(huo) 伴的角色中發揮關(guan) 鍵作用。新中心將把生產(chan) 時間從(cong) 幾個(ge) 月縮短到幾天，從(cong) 而同時加速向氣候中性的移動出行的發展。開發重點將主要集中在來自熱管理、機電一體(ti) 化和電子領域的組件。

新定義(yi) 為(wei) 增材製造零件生產(chan) 開辟道路

增材製造正在尋找立足點，而不僅(jin) 僅(jin) 局限在原型製造。ISO/ASTM 52900:2021最近更新了增材製造的標準定義(yi) ：
● 一種工藝，像機械加工、鑄造、鍛造、注塑那樣的工藝過程；
● 匯合了粉末狀、液狀、線狀或其他固體(ti) 形式材料，如聚合物、金屬、陶瓷、其他材料或其他組合物；
● 用以製造零件，也稱“可構成全部或部分目標產(chan) 品的功能性要素”；
● 采用三維模型數據，可以是三維實體(ti) （如CAD）模型、STL或AMF文件、DICOM文件，三維點雲(yun) 或其他；
● 通常以一層覆蓋一層的方式，將材料疊加、匯合在一起，由此產(chan) 生七種不同類型的增材製造過程；
● 與(yu) 另兩(liang) 種重要、完善的生產(chan) 製造工藝——減材製造和成形製造技術是相反對照的。

這個(ge) 新定義(yi) 用“零件”取代了“物體(ti) ”，強調了增材製造的功能本質——即製造“全部或部分目標產(chan) 品”。 這個(ge) 定義(yi) 的“新”在於(yu) 認識到工業(ye) 向零件生產(chan) 轉移這個(ge) 趨勢。與(yu) 此同時，更新後的定義(yi) 仍為(wei) “功能性要素”原型設計留下了空間。這個(ge) “功能性要素”，代表了全部或部分目標產(chan) 品。實際上，不管未來會(hui) 不會(hui) 將生產(chan) 轉向增材製造方向，許多公司都在試圖做出一個(ge) 有說服力的金屬增材製造案例，用功能性原型快速迭代設計替代方案，縮短開發周期。

例如在電動汽車電動機繞組方麵，3D打印技術展示出了其優(you) 勢。雖然電動機可能看起來很基本，但內(nei) 部有很多部分在起作用，包括熱力學、結構力學和電磁學，其設計必須緊湊，甚至因為(wei) 工作空間很小，需要重新設計工程和部件的放置。

傳(chuan) 統製造會(hui) 產(chan) 生典型的圓線繞組，由於(yu) 導體(ti) 、工藝和幾何形狀必須匹配，因此傳(chuan) 統繞組往往受到限製並且難以完美。借助新的3D打印技術繞組的線圈，同時通過 Additive Drives 創建的新程序和定製的激光熔化係統，能夠防止空隙和凹槽不合適的問題，填充凹槽時銅的量增加，電阻更小。因為(wei) 每根導線都與(yu) 線圈的所謂疊片鐵芯熱接觸，可變形狀也有利於(yu) 散熱，因此沒有熱點，電動機的輸出功率也可最多提升45%。

結語

事實上，利用3D模型數據製造零件給增材製造帶來了許多經濟效益，其中最大一個(ge) 因素是“數據就是工具”。 換句話說，工具、固定裝置、夾具等的高成本設備也同樣應用於(yu) 其他成形工藝。而與(yu) 減材製造工藝相比，用一層疊一層增加材料的方式製造零件，可以減少廢料，防止浪費，能帶來額外的經濟效益。

簡而言之，增材製造正在“成長壯大”，已經在生產(chan) 車間擁有越來越多的成功案例。但即便技術成熟，增材製造也依然不可能完全取代其他減材、成形工藝。不過，我們(men) 要看到的是，按照最新的定義(yi) ，在某些零件生產(chan) 場景中，增材製造是更具優(you) 勢的。因此，找出這些零件生產(chan) 場景，對有誌於(yu) 應用增材製造來提高設計效率、降低製造成本的企業(ye) 來說，是接下來的一項重要挑戰。